基于網(wǎng)絡(luò)演算與GTS機(jī)制的WSNs性能分析.pdf

1、IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議可以支持無競爭的GTS信道訪問機(jī)制,因此基于GTS機(jī)制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSNs)經(jīng)過合理配置后能夠提供有保證的高質(zhì)量服務(wù)。通過對WSNs進(jìn)行定性或定量的性能分析可以確定其配置參數(shù)是否合理。利用網(wǎng)絡(luò)演算理論對WSNs進(jìn)行定量的性能分析時,可以在不依賴復(fù)雜仿真實驗平臺的情況下,建立網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)與性能界限之間的顯式數(shù)學(xué)關(guān)系。論文基于確定型網(wǎng)絡(luò)演算理

2、論,系統(tǒng)地建立了GTS機(jī)制下WSNs的分批服務(wù)模型和網(wǎng)絡(luò)演算模型,獲得了比現(xiàn)有研究更為緊湊的性能界限。當(dāng)這些性能界限用于指導(dǎo)WSNs配置時,可以節(jié)約更多網(wǎng)絡(luò)資源。論文的主要研究成果如下:
　　(1)針對現(xiàn)有研究給出的服務(wù)曲線定義比較抽象這一缺點,對三種服務(wù)曲線進(jìn)行了詳細(xì)分析,指出了它們之間的區(qū)別和剩余服務(wù)曲線的適用條件。
　　(2)提出在對WSNs進(jìn)行性能分析時,將激活時間序列后置于時分簇調(diào)度周期的末端,并假定各感應(yīng)數(shù)據(jù)流猝

3、發(fā)容忍在網(wǎng)絡(luò)初始化完成后的瞬間同時產(chǎn)生。這種假定避免了猝發(fā)容忍都在節(jié)點GTS剛結(jié)束時發(fā)生這種低概率情況,可使最末端GTS對應(yīng)節(jié)點的流入數(shù)據(jù)具有最大調(diào)度延遲,同時又避免節(jié)點服務(wù)曲線均取最大調(diào)度延遲這種不合理情況。
　　(3)分析了GTS機(jī)制下節(jié)點的服務(wù)過程,明確了GTS長度內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸有效占用時間和空閑浪費時間的大小與分布規(guī)律,指出數(shù)據(jù)可以跨越同一個 GTS內(nèi)相鄰的時槽進(jìn)行連續(xù)傳輸。提出了更符合實際情況的基于TS的等效帶寬和服務(wù)曲線,

4、推導(dǎo)了基于TS的WSNs節(jié)點積壓數(shù)據(jù)上界和單跳延遲上界。通過數(shù)值分析分別對基于TS和基于BI的等效帶寬及WSNs節(jié)點性能界限進(jìn)行比較。數(shù)值分析結(jié)果表明:節(jié)點等效帶寬由數(shù)據(jù)幀長度、幀間間隔、占空比、最大重播次數(shù)等眾多因素決定,而且等效帶寬遠(yuǎn)小于名義帶寬;同時,基于TS的方法求解的節(jié)點性能界限更符合實際情況。
　　(4)證明了基于TS和基于BI兩種不同方法求得的數(shù)據(jù)流輸出函數(shù)上界是相同的,發(fā)現(xiàn)了輸出函數(shù)上界與到達(dá)曲線的一致性、以及到達(dá)

5、曲線的可平移性和不變形性這兩個重要特性。提出了初始調(diào)度延遲、修正調(diào)度延遲、匯聚時刻、調(diào)度時刻、分段匯聚流等概念。以鏈?zhǔn)絎SNs為研究對象,提出了分段匯聚流數(shù)量的求解方法,建立了鏈?zhǔn)絎SNs的分批服務(wù)模型和性能分析演算模型。數(shù)值分析結(jié)果表明:與現(xiàn)有研究相比,本文方法能夠大幅降低節(jié)點積壓數(shù)據(jù)上界和端到端延遲上界;同時,對鏈?zhǔn)絎SNs,現(xiàn)有研究所謂最壞情況,在本文演算模型中反而是最好情況。
　　(5)建立了簇樹WSNs的網(wǎng)絡(luò)模型,分析了